JP2013154656A

JP2013154656A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2013154656A
Application number: JP2012014355A
Authority: JP
Inventors: Koji Murakami; 香治村上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2013-08-15
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP5831253B2

Abstract

【課題】内燃機関で発電を行う機会を従来よりも増加させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関２がクラッチ２４を介して接続された入力軸１１と、駆動輪５と動力伝達可能に接続された出力軸１２とを有した変速機１０と、変速機１０がニュートラル状態の場合でも入力軸１１の回転を伝達可能なように設けられたＭＧ３とを備えたハイブリッド車両１Ａに適用される制御装置において、車両１Ａの走行中に車両１Ａが制動され、かつ車速が判定速度Ｖ１以下になった場合に、変速機１０をニュートラル状態に切り替えるとともに入力軸１１を内燃機関２で回転駆動してＭＧ３で発電を行う発電制御が実行されるように内燃機関２、クラッチ２４、変速機１０及びＭＧ３が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と駆動輪との間の動力伝達経路中に変速機が設けられ、前記変速機の入力軸にて駆動可能な電動機を備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。

内燃機関とモータ・ジェネレータとが動力源として搭載され、内燃機関の出力軸にクラッチを介して変速機が接続されるとともにモータ・ジェネレータがその変速機の入力軸と動力伝達可能なように接続されたハイブリッド車両が知られている。このような車両に適用される制御装置として、車両の停止している場合に変速機を入力軸と出力軸との間の動力伝達が遮断されるニュートラル状態にし、内燃機関でモータ・ジェネレータを駆動して発電を行う装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。

特開２００３−１５９９６７号公報特開２００８−１７４１４８号公報特開２０１０−２４７６８９号公報特開２００５−１７２０４４号公報特開２０１０−０３０４９７号公報

特許文献１の装置では、内燃機関でモータ・ジェネレータを駆動して発電を行う発電制御を車両の停止時にしか行っていない。そのため、内燃機関で発電を行う機会が制限される。

そこで、本発明は、内燃機関で発電を行う機会を従来よりも増加させることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関がクラッチ手段を介して接続された入力軸と、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力軸と、を有し、前記入力軸と前記出力軸との間の変速比を変更可能であるとともに前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されるニュートラル状態に切り替え可能な変速機と、前記変速機が前記ニュートラル状態の場合でも前記入力軸の回転を伝達可能なように設けられた発電機と、を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記車両の走行中に前記車両が制動され、かつ前記車両の速度が所定の判定速度以下になった場合に、前記変速機を前記ニュートラル状態に切り替えるとともに前記入力軸を前記内燃機関で回転駆動して前記発電機で発電を行う発電制御が実行されるように前記内燃機関、前記クラッチ手段、前記変速機及び前記電動機を制御する制御手段を備えた（請求項１）。

車両が制動され、かつ車両の速度が十分に低い場合には運転者が車両を停止させようとしていると考えられる。本発明の制御装置によれば、このような場合に発電制御が実行されるので、車両の減速時に内燃機関で発電を行うことができる。そのため、内燃機関で発電を行う機会を従来よりも増加させることができる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記判定速度として、前記車両の駆動力をゼロにする前記車両の速度が設定されていてもよい（請求項２）。車両には、減速中に車両の駆動力をゼロにする車両の速度（車速）、言い換えると駆動輪への駆動力の付与を終了する車速が設定されている。例えば、内燃機関の回転抵抗によるブレーキ、いわゆるエンジンブレーキを使用していた場合にはエンストを防止するためにクラッチ手段を解放状態に切り替える車速が設定されている。クラッチ手段を解放状態に切り替えると内燃機関から駆動輪に付与されていた駆動輪を制動する駆動力がゼロになる。また、減速時に回生発電を行っていた場合にはその回生発電を終了する車速が設定されている。回生発電を終了すると発電機から駆動輪に付与されていた駆動輪を制動する駆動力がゼロになる。そして、このような車速以下では発電機又は内燃機関と駆動輪とを動力伝達可能に接続しない。そのため、このような車速以下で発電制御を実行することにより、車両の走行性能を悪化させることなく減速時に発電を行うことができる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、車両の減速時に内燃機関で発電を行うことができるので、内燃機関で発電を行う機会を従来よりも増加させることができる。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を概略的に示す図。制御装置が実行する発電制御ルーチンを示すフローチャート。車両が減速から停止した場合におけるクラッチの状態、変速機の状態、車両の駆動力及び車速の時間変化の一例を示す図。本発明が適用された他のハイブリッド車両を概略的に示す図。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両を概略的に示している。この車両１Ａは、動力源として内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）２及びモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと略称することがある。）３を備えている。すなわち、この車両１Ａはハイブリッド車両として構成されている。エンジン２は、周知の火花点火式内燃機関である。ＭＧ３は、ハイブリッド車両に搭載されて電動機及び発電機として機能する周知のものである。ＭＧ３は、ロータ軸３ａと一体回転するロータ３ｂと、ロータ３ｂの外周に同軸に配置されて不図示のケースに固定されたステータ３ｃとを備えている。ＭＧ３は、バッテリ４と電気的に接続されている。車両１Ａには前進４速の変速機１０が搭載され、エンジン２及びＭＧ３は変速機１０と接続されている。また、変速機１０には、車両１Ａの駆動輪５に動力を出力するための出力部６も接続されている。出力部６は、出力ギア７と、駆動輪５に連結されたデファレンシャル機構８とを備えている。出力ギア７は、変速機１０の出力軸１２に一体回転するように取り付けられている。また、出力ギア７は、デファレンシャル機構８のケースに設けられたリングギア８ａと噛み合っている。デファレンシャル機構８は、伝達された動力を左右の駆動輪５に分配する周知のものである。図示は省略したが、車両１Ａには駆動輪５を含む車両１Ａの車輪を制動する周知の油圧ブレーキが設けられている。また、車両１Ａには運転者が油圧ブレーキを操作するためのブレーキペダル（不図示）が設けられている。

変速機１０は、入力軸１１と、出力軸１２とを備えている。入力軸１１と出力軸１２との間には、第１〜第４変速ギア対Ｇ１〜Ｇ４が設けられている。第１変速ギア対Ｇ１は互いに噛み合う第１ドライブギア１３及び第１ドリブンギア１４にて構成され、第２変速ギア対Ｇ２は互いに噛み合う第２ドライブギア１５及び第２ドリブンギア１６にて構成されている。第３変速ギア対Ｇ３は互いに噛み合う第３ドライブギア１７及び第３ドリブンギア１８にて構成され、第４変速ギア対Ｇ４は互いに噛み合う第４ドライブギア１９及び第４ドリブンギア２０にて構成されている。第１〜第４変速ギア対Ｇ１〜Ｇ４は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。各変速ギア対Ｇ１〜Ｇ４には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第１変速ギア対Ｇ１、第２変速ギア対Ｇ２、第３変速ギア対Ｇ３、第４変速ギア対Ｇ４の順に小さくなるように設定されている。そのため、第１変速ギア対Ｇ１が１速に対応し、第２変速ギア対が２速に対応する。また、第３変速ギア対Ｇ３が３速に対応し、第４変速ギア対Ｇ４が４速に対応する。

第１〜第４ドライブギア１３、１５、１７、１９は、入力軸１１に対して相対回転可能なように入力軸１１に支持されている。この図に示したようにこれらのギアは、第１ドライブギア１３、第２ドライブギア１５、第３ドライブギア１７、第４ドライブギア１９の順番で軸線方向に並ぶように配置されている。一方、第１〜第４ドリブンギア１４、１６、１８、２０は、出力軸１２と一体に回転するように出力軸１２に固定されている。

入力軸１１には第１スリーブ２１及び第２スリーブ２２が設けられている。これらのスリーブ２１、２２は、入力軸１１と一体に回転し、かつ軸線方向に移動可能なように入力軸１１に支持されている。この図に示すように第１スリーブ２１は、第１ドライブギア１３と第２ドライブギア１５との間に設けられている。第２スリーブ２２は、第３ドライブギア１７と第４ドライブギア１９との間に設けられている。

第１スリーブ２１は、入力軸１１と第１ドライブギア１３とが一体に回転するように第１ドライブギア１３と噛み合う１速位置と、入力軸１１と第２ドライブギア１５とが一体に回転するように第２ドライブギア１５と噛み合う２速位置と、第１ドライブギア１３及び第２ドライブギア１５のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。第２スリーブ２２は、入力軸１１と第３ドライブギア１７とが一体に回転するように第３ドライブギア１７と噛み合う３速位置と、入力軸１１と第４ドライブギア１９とが一体に回転するように第４ドライブギア１９と噛み合う４速位置と、第３ドライブギア１７及び第４ドライブギア１９のいずれとも噛み合わない解放位置とに切り替え可能に設けられている。

この変速機１０では、第１スリーブ２１が１速位置に、第２スリーブ２２が解放位置にそれぞれ切り替えられた場合に１速になり、第１スリーブ２１が２速位置に、第２スリーブ２２が解放位置にそれぞれ切り替えられた場合に２速になる。また、第１スリーブ２１が解放位置に、第２スリーブ２２が３速位置にそれぞれ切り替えられた場合に３速になり、第１スリーブ２１が解放位置に、第２スリーブ２２が４速位置にそれぞれ切り替えられた場合に４速になる。そして、第１スリーブ２１及び第２スリーブ２２がいずれも解放位置に切り替えられた場合に入力軸１１と出力軸１２との間の動力伝達が遮断される。以降、この状態をニュートラル状態と称することがある。なお、図示は省略したが入力軸１１には、第１、第２スリーブ２１、２２と第１〜第４ドライブギア１３、１５、１７、１９とを噛み合わせる際にこれらの回転を同期させる複数のシンクロ機構が設けられている。これらシンクロ機構には、摩擦係合により回転を同期させるシンクロ機構、例えば周知のキー式シンクロメッシュ機構を用いればよい。そのため、シンクロ機構の詳細な説明は省略する。

変速機１０には、変速機１０の状態が上述した１速〜４速及びニュートラル状態に切り替わるように第１スリーブ２１及び第２スリーブ２２を駆動するアクチュエータ２３が設けられている。アクチュエータ２３は、各スリーブ２１、２２に係合しているシフトフォーク２３ａを駆動し、これにより各スリーブ２１、２２を駆動する。

この図に示すように入力軸１１には、クラッチ手段としてのクラッチ２４を介してエンジン２の出力軸２ａが接続されている。クラッチ２４は、エンジン２と入力軸１１との間で動力が伝達される係合状態と、その動力伝達が遮断される解放状態とに切り替え可能な周知のものである。また、ＭＧ３のロータ軸３ａも入力軸１１と一体回転するように接続されている。

エンジン２、ＭＧ３、変速機１０及びクラッチ２４の動作は、制御装置３０にて制御される。制御装置３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成されている。制御装置３０は、車両１Ａを適切に走行させるための各種制御プログラムを保持している。制御装置３０は、これらのプログラムを実行することによりエンジン２、ＭＧ３等の制御対象に対する制御を行っている。制御装置３０には、車両１Ａに係る情報を取得するための種々のセンサが接続されている。制御装置３０には、例えば車両１Ａの速度（車速）に対応した信号を出力する車速センサ３１、ブレーキペダルのストローク量に対応した信号を出力するブレーキペダルストロークセンサ３２及びバッテリ４の充電状態（蓄電量）に対応した信号を出力するＳＯＣセンサ３３等が接続されている。この他にも種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。また、制御装置３０には運転者が操作する種々のスイッチやレバー等が接続されている。制御装置３０には、例えば運転者が車両１Ａの走行モードや変速段等を選択するためのシフトレバー３４等が接続されている。

制御装置３０は、車両１Ａの減速中にＭＧ３を発電機として機能させ、駆動輪５から入力された駆動力でＭＧ３を駆動して電気を発生させる、いわゆる回生発電を実行する。この際、制御装置３０はクラッチ２４を解放状態に切り替えてエンジン２と入力軸１１とを切り離し、これにより発電量を増加させる。また、このように回生発電を行うことにより車両１Ａを制動する。なお、ＭＧ３の回転数が所定回転数以下になると発電効率が低下するため、回生発電は車速がある所定の回生中止速度以下になると中止される。また、制御装置３０は、車両１Ａの停止時にバッテリ４の充電が必要と判断した場合に変速機１０をニュートラル状態に切り替えるとともにＭＧ３を発電機として機能させる。そして、エンジン２でＭＧ３を駆動して発電を行い、バッテリ４の充電を行う。

さらに、制御装置３０は、車両１Ａが走行中であってもバッテリ４を充電する必要があり、かつ運転者が車両１Ａを停止させようと車両１Ａを減速させている場合には、エンジン２でＭＧ３を駆動して発電を行い、バッテリ４の充電を行う。図２は、制御装置３０がこのように車両１Ａの走行中にバッテリ４の充電を行うために実行する発電制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは車両１Ａの走行中に所定の周期で繰り返し実行される。

この制御ルーチンにおいて制御装置３０は、まずステップＳ１１で車両１Ａの状態を取得する。車両１Ａの状態としては、バッテリ４の蓄電率、ブレーキペダルのストローク量及び車速等が取得される。次のステップＳ１２において制御装置３０はバッテリ４の蓄電率が予め設定した判定蓄電率未満か否か判定する。判定蓄電率は、バッテリ４の充電を行う必要か否か判定するための基準として設定される値である。このような値は、バッテリ４の容量等に応じて適宜に設定すればよい。

バッテリ４の蓄電率が判定蓄電率未満と判定した場合はステップＳ１３に進み、制御装置３０はブレーキペダルのストローク量が予め設定した所定の判定値以上か否か判定する。ブレーキペダルの踏み込みが小さい場合は、運転者が車両１Ａを一時的に減速させようとしてブレーキペダルを踏んだと考えられる。この場合、運転者は車両１Ａの停止を要求しておらず、車両１Ａに対して加速が要求される可能性がある。そこで、所定の判定値としては、例えば車両１Ａに対して直ぐには駆動力が要求されないと判断可能なストローク量、又は運転者が車両１Ａを停止させようとしていると判断可能なストローク量を設定すればよい。

ブレーキペダルのストローク量が判定値以上と判定した場合はステップＳ１４に進み、制御装置３０は車速が予め設定した所定の判定速度以下か否か判定する。判定速度には、例えば車両１Ａの駆動力をゼロにする車速が設定されている。車両１Ａには、減速中に車両１Ａの駆動力をゼロにする車速、言い換えると駆動輪５への駆動力の付与を終了する車速が設定されている。例えば、減速中にエンジンブレーキを使用していた場合にはエンストを防止するためにクラッチ２４を解放状態に切り替える車速が設定されている。なお、このような車速は、エンジンブレーキにてエンジン２の回転数がアイドリング回転数まで低下しないように設定されている。そのため、エンジン２の回転数がアイドリング回転数よりも高いときにクラッチ２４が解放状態に切り替えられる。エンジンブレーキを行っていた場合には、駆動輪５を制動する駆動力がエンジン２から駆動輪５に付与されている。クラッチ２４を解放状態に切り替えた場合にはこの駆動力がゼロになる。そして、このような車速以下ではエンジン２と駆動輪５とを再度動力伝達可能に接続しない。そのため、エンジン２でＭＧ３を駆動して発電を行うことができる。

車速が判定速度以下と判定した場合はステップＳ１５に進み、制御装置３０は発電制御を実行する。この発電制御において制御装置３０は、まずクラッチ２４を解放状態に切り替える。次に変速機１０をニュートラル状態に切り替える。続いてクラッチ２４を係合状態に切り替え、その後ＭＧ３を発電機として機能させる。そして、エンジン２でＭＧ３を駆動して発電を行い、バッテリ４の充電を行う。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１２が否定判定された場合、ステップＳ１３が否定判定された場合又はステップＳ１４が否定判定された場合はステップＳ１６に進み、制御装置３０は発電制御を中止する。なお、発電制御を中止した後は、運転者から車両１Ａへの要求駆動力等に従ってエンジン２、ＭＧ３及び変速機１０等が制御される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図３は、車両１Ａが減速から停止した場合におけるクラッチ２４の状態、変速機１０の状態、車両１Ａの駆動力及び車速の時間変化の一例を示している。なお、この図における車両１Ａの駆動力は油圧ブレーキによる制動力を除いた駆動力を示している。上述したように減速時には回生発電が実行される。そのため、車速が上述した回生中止速度Ｖ２以下になる時刻ｔ１までは回生発電が実行されている。従って、時刻ｔ１まではクラッチ２４が解放状態に切り替えられるとともに変速機１０が減速前の変速段（図３では２速）に維持される。そして、回生発電中はＭＧ３にて車両１Ａが制動されるため、駆動力がマイナスになっている。時刻ｔ１において回生発電は中止されるが、本発明では車速が判定速度Ｖ１以下になると発電制御が実行される。そのため、この図に示したように車速が判定速度Ｖ１以下になる時刻ｔ２になると変速機１０がニュートラル状態に切り替えられる。そのため、車両１Ａの駆動力は０になる。また、クラッチ２４が係合状態に切り替えられる。そして、ＭＧ３がエンジン２で駆動されて発電が行われる。上述したようにバッテリ４の充電が必要な場合には車両１Ａの停止時も同様にエンジン２でＭＧ３を駆動して発電を行う。そのため、本発明では、発電を行うことができない期間が時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｐ１になる。一方、車両１Ａの走行中は発電を行うためにＭＧ３をエンジン２で駆動しない場合には、発電を行うことができない期間が時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間Ｐ２となる。

以上に説明したように、本発明によれば、車両１Ａの減速時にも発電を行うことができるので、発電を行う機会を増加させることができる。この減速時の発電は、ブレーキペダルのストローク量が判定値以上の場合であり、かつ車速が判定速度以下の場合に実行される。上述したように判定値には車両１Ａに対して直ぐには駆動力が要求されないと判断可能なストローク量又は運転者が車両１Ａを停止させようとしていると判断可能なストローク量が設定される。また、判定速度には車両１の駆動力をゼロにする車速が設定される。そのため、減速時の発電は、車両１Ａに対して直ぐに駆動力が要求されず、かつエンジン２と駆動輪５とを動力伝達可能に接続しない場合に実行される。従って、車両１Ａの走行性能を悪化させることなく減速時に発電を行うことができる。

なお、判定速度に設定される車速は上述した車速に限定されない。例えば、判定速度に回生中止速度Ｖ２を設定してもよい。回生発電中は駆動輪５を制動する駆動力がＭＧ３から駆動輪５に付与されている。車速が回生中止速度Ｖ２以下になると回生発電を中止するため、その駆動力がゼロになる。そのため、この回生中止速度Ｖ２も車両１Ａの駆動力をゼロにする車速である。そして、回生中止速度Ｖ２以下の車速となった場合に、ＭＧ３と駆動輪５との動力伝達を遮断する。従って、車両１Ａの走行性能を悪化させることなく減速時に発電を行うことができる。また、この場合には図３の期間Ｐ１においてもＭＧ３で発電を行うことができる。この他、判定速度には変速機の入力軸と出力軸とを動力伝達可能な状態、すなわち変速機が１速〜４速のいずれかの状態に維持されるとエンジンの回転数がアイドリング回転数以下になる車速を設定してもよい。

なお、図２の発電制御ルーチンを実行することにより、制御装置３０が本発明の制御手段として機能する。また、ＭＧ３が本発明の発電機に相当する。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される車両の変速機は前進の最高段が４速の変速機に限定されない。例えば前進の最高段が３速又は５速以上の変速機であってもよい。また、複数のスリーブは全て入力軸に設けられていなくてもよい。例えば、複数のスリーブが全て出力軸に設けられていてもよいし、複数のスリーブの一部が入力軸に設けられ、残りのスリーブが出力軸に設けられていてもよい。

本発明が適用されるハイブリッド車両は上述した形態で示した車両に限定されない。本発明は、モータ・ジェネレータの代わりに発電機が設けられ、その発電機とは別に走行用動力源として電動モータが搭載されたハイブリッド車両に適用してもよい。また、図４に示したハイブリッド車両１Ｂに本発明を適用してもよい。

この車両１Ｂでは、ＭＧ３のロータ軸３ａに接続先切替クラッチ４０が設けられ、ロータ軸３ａと出力軸１２との間に常時噛み合い式のギア対４１が設けられている点が上述した形態と異なる。それ以外は上述した形態と同じである。そのため、図４において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。ギア対４１は、出力軸１２に固定された第１ギア４２と、ロータ軸３ａに設けられて第１ギア４２と噛み合う第２ギア４３とを備えている。接続先切替クラッチ４０は、ロータ軸３ａと入力軸１１とが動力伝達可能に接続される入力軸接続状態と、ロータ軸３ａと出力軸１２とがギア対４１を介して動力伝達可能に接続される出力軸接続状態と、ロータ軸３ａが入力軸１１及び出力軸１２のいずれとも切り離されるニュートラル状態とに切り替え可能に構成されている。接続先切替クラッチ４０には、例えばスリーブの位置を変更することにより接続先を切り替え可能な周知のドグクラッチを使用すればよい。この車両１Ｂでは、変速機１０がニュートラル状態の場合でも、接続先切替クラッチ４０を入力軸接続状態に切り替えることによりエンジン２でＭＧ３を駆動できる。

この車両１Ｂでも上述した発電制御ルーチンが車両１の走行中に所定の周期で繰り返し実行される。ただし、この車両１Ｂでは、ステップＳ１５の発電制御に接続先切替クラッチ４０を入力軸接続状態に切り替える制御が追加される。

この車両１Ｂでも減速時に発電を行うことができるので、上述した形態と同様に発電を行う機会を増加させることができる。

１Ａ、１Ｂ車両
２内燃機関
３モータ・ジェネレータ（発電機）
５駆動輪
１０変速機
１１入力軸
１２出力軸
２４クラッチ（クラッチ手段）
３０制御装置（制御手段）
Ｖ１判定速度

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関がクラッチ手段を介して接続された入力軸と、駆動輪と動力伝達可能に接続された出力軸と、を有し、前記入力軸と前記出力軸との間の変速比を変更可能であるとともに前記入力軸と前記出力軸との間の動力伝達が遮断されるニュートラル状態に切り替え可能な変速機と、
前記変速機が前記ニュートラル状態の場合でも前記入力軸の回転を伝達可能なように設けられた発電機と、を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置において、
前記車両の走行中に前記車両が制動され、かつ前記車両の速度が所定の判定速度以下になった場合に、前記変速機を前記ニュートラル状態に切り替えるとともに前記入力軸を前記内燃機関で回転駆動して前記発電機で発電を行う発電制御が実行されるように前記内燃機関、前記クラッチ手段、前記変速機及び前記電動機を制御する制御手段を備えた制御装置。
前記判定速度として、前記車両の駆動力をゼロにする前記車両の速度が設定されている請求項１に記載の制御装置。